ЭМУЛЬСИИ

ЭМУЛЬСИИ (emulsio, единственное число; латинский emulsum выдоенный) — дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной фазой. Процесс получения эмульсии — эмульгирование — имеет большое физиологическое значение при всасывании и усвоении организмомжиров (см.), которые лишь в виде эмульсии могут гидролитически расщеплятьсялипазами (см.), а также при образовании биологических мембран (см.Мембраны биологические), обеспечении нормального функционирования многихферментов (см.) и др. Некоторые лекарственные средства подвергаютдиспергированию (см.) и применяют в виде эмульсий (см.Лекарственные формы). Эмульсии широко используются в пищевой промышленности, при изготовлении косметических средств, пестицидных препаратов, в рентгенологии, фотографии, мыловарении, производстве красителей, смазочно-охлаждающих жидкостей и др. Цельное молоко, сливки, млечный сок каучуконосов, сырая нефть представляют собой эмульсии.

Различают лиофильные и лиофобные эмульсии. Лиофильные эмульсии — коллоидные системы (см.Коллоиды), для которых характерно равновесное, не изменяющееся во времени распределение частиц по размерам, то есть термодинамическая устойчивость (см.Термодинамика). Типичным примером лиофильных эмульсий являются мицеллярные растворы коллоидных поверхностно-активных веществ и растворывысокомолекулярных соединений (см.), имеющих резко различающиеся по полярности участки; к таким системам относятся, например,белки (см.). Лиофильные эмульсии образуются самопроизвольно.

Лиофобные эмульсии характеризуются неустойчивым состоянием частиц (капель) жидкой дисперсной фазы. Они делятся, в свою очередь, на два типа: прямые — с каплями неполярной жидкости в полярной среде (типа «масло в воде») — и обратные, или инвертные (типа «вода в масле»). Изменение состава лиофобных эмульсий или внешнее воздействие на них могут привести к превращению прямой эмульсии в обратную и наоборот. Определить тип эмульсии можно по ее электропроводности (у эмульсии, в которой дисперсионной средой является вода, электропроводность на много порядков выше электропроводности обратных эмульсий), по способности смешиваться с полярными и неполярными растворителями (см.) или растворять полярные и неполярныекрасители (см.). Лиофобные эмульсии образуются при эмульгировании или вследствие конденсационного образования капель дисперсной фазы в пересыщенных растворах или расплавах.

Эмульгирование может быть произведено путем диспергирования или поликонденсации (см.Конденсация в химии). Лиофобные эмульсии возникают также при электрическом эмульгировании. Механическое диспергирование эмульсий осуществляется перемешиванием с помощью мешалок, пропусканием смесей фаз эмульсии через узкие зазоры между твердыми поверхностями в так наз. коллоидных мельницах. Широко применяется диспергирование с помощью ультразвука. При конденсационном эмульгировании дисперсная фаза эмульсий образуется из частиц жидкости, постепенно укрупняющихся сначала до размера частицы коллоидов (0,001—0,1 мкм) и далее до размеров крупных капель. Это происходит в результате пересыщения гомогенного раствора жидкости в жидкости (см.Растворы) вследствие снижения их взаимной растворимости при добавлении к такому раствору третьей жидкости или при его охлаждении до температуры ниже критической.

Лиофобные прямые эмульсии термодинамически неустойчивы, капельки жидкости, образующие в таких эмульсиях дисперсную фазу, при столкновении неизбежно сливаются. Этот процесс, называемыйкоалесценцией (см.), продолжается до тех пор, пока капельки не сольются в сплошной слой. Стабилизация таких эмульсий производится веществами-эмульгаторами, действие которых основано на уменьшении величины межфазногоповерхностного натяжения (см.) и увеличении дисперсности капель дисперсной фазы. Эмульгаторами обычно служат ионогенные поверхностноактивные вещества (см.Детергенты), к которым относятсямыла (см.) с ионогенной группой СО О Na, сульфонаты, с ионогенной группой S03Na, углеводородные радикалы с длиной углеродной цепи от 12 до 18 атомов углерода. Молекулы таких эмульгаторов дифильны, то есть обладают одинаковым сродством к полярной (вода) и неполярной (масло) жидкости. Они адсорбируются на поверхности раздела двух фаз так, что углеродная цепь углеводородного радикала погружена в масло, а его полярная группа находится в воде. Ионогенная группа эмульгатора, диссоциируя в воде, образует органический анион, напр. R—СОО“, где R — углеводородный радикал. Вследствие этого на поверхности капелек масла возникает двойной электрический слой, обусловливающий устойчивость разбавленных эмульсий — неструктурированных жидкостей, дисперсная фаза в которых составляет около 1%. В концентрированных эмульсиях— структурированных системах — слой молекул эмульгатора на поверхности капель дисперсной фазы является фактором устойчивости: высокая вязкость и механическая прочность адсорбированного на них слоя молекул эмульгатора мешают слиянию капель. Такой слой может быть образован как ионогенными (анионоактивными, катионоактивными, амфолитными), так и неионогенными эмульгаторами. Эмульгаторы делят на две группы в зависимости от того, образование какого типа эмульсии они вызывают. Эмульгаторы для эмульсий прямого типа обычно более гидрофильны и лучше растворяются в воде, чем в масле. Ими являются длинноцепочечные гидрофильные соединения как полярного, так и неполярного типа: соли щелочных металлов и карбоновых кислот, алкилсульфаты, алкилсульфонаты, растительные клеи, белки, углеводы (полисахариды). Олеофильные эмульгаторы, растворимые в органических средах,— жирные кислоты, спирты жирного ряда, этилцеллюлоза, алкидные смолы — обычно образуют эмульсии обратного типа. Эмульгаторами могут быть также тонко измельченные вещества, не растворимые в жидкостях обеих фаз. Твердые гидрофильные эмульгаторы для эмульсий прямого типа — это глины и гидроксиды, карбонаты и сульфаты металлов, для эмульсий обратного типа эмульгаторами служат порошок сажи, образующейся при сжигании газа, и сульфиды тяжелых металлов (олеофильные твердые эмульгаторы). Принцип действия твердых эмульгаторов заключается в образовании слоя на поверхности частиц дисперсной фазы, препятствующего коалесценции.

Тип и устойчивость эмульсий зависят от природы эмульгатора. Если в эмульсии вводить реагенты, изменяющие природу эмульгатора, то может произойти обращение эмульсии. Устойчивость эмульсии зависит также от количественного соотношения дисперсионной среды и дисперсной фазы. Эмульсии, содержащие незначительное количество дисперсионной среды, обладают повышенной устойчивостью, так как капли дисперсной фазы, разделенные лишь тонкой пленкой дисперсионной среды, практически неподвижны. Разрушению эмульсий способствуют добавление дезэмульгаторов, изменение реакции среды (см.Водородный показатель) и ее электролитного состава (см.Электролиты), воздействие на эмульсии электрическим полем, гравитацией и нагреванием. В технике процесс разрушения эмульсий не менее важен, чем их получение, его используют, например, в нефтехимической промышленности при переработке сырой нефти.